پرینت سه بعدی شیشه‌های کالکوژناید، امکان ساخت کم هزینه‌ی قطعات پیچیده‌ی اپتیکی شامل انواع جدیدی از حسگرها، قطعات مخابراتی و وسایل پزشکی را فراهم خواهد آورد.

برای اولین بار محققان موفق به پرینت شیشه‌های کالکوژناید توسط پرینتر سه بعدی شدند. این شیشه‌ها مواد منحصر به فردی هستند که به دلیل شفافیت زیاد و عبور خوب نور در منطقه مادون قرمز در ساخت اجزای اپتیکی بسیار مورد توجه قرار دارند. توانایی چاپ سه بعدی این شیشه، امکان ساخت قطعات پیچیده‌ی شیشه‌ای و فیبر نوری را برای انواع جدیدی از حسگرهای ارزان قیمت، قطعات مخابراتی و وسایل پزشکی فراهم خواهد آورد.

محققان پرینت سه بعدی شیشه کالکوژنایدی را نشان داده اند که می تواند برای ساخت اجزای نوری که در طول موج های مادون قرمز کار می کند، استفاده شود. این نمونه ی چاپ سه بعدی شده 14 میلیمتر طول دارد.
محققان چاپ سه بعدی شیشه کالکوژنایدی را نشان داده اند که می تواند برای ساخت اجزای نوری که در طول موج های مادون قرمز کار می کند، استفاده شود. این نمونه ی چاپ سه بعدی شده 14 میلیمتر طول دارد.

محققان مرکز اپتیک، فتونویک و لیزر (COPL) دانشگاه لاوال کانادا، با اعمال تغییراتی بر روی یک چاپگر سه بعدی تجاری موفق به چاپ و اکسترود شیشه‌های کالکوژناید برای اولین بار شدند. دستاوردهای این تحقیق که اخیرا در مقاله ای با عنوان 3D-printing of arsenic sulfide chalcogenide glasse در مجله Optical Materials Express به چاپ رسیده بیان می‌کند که چگونه محققان توانسته‌اند این روش جدید را براساس فناوری رایج مدلسازی رسوب جوش خورده(FDM) – فرآیندی که در آن یک فیلامنت ترموپلاستیکی ابتدا ذوب و سپس برای ایجاد یک سازه سه بعدی لایه به لایه اکسترود می‌شود – توسعه دهند.

اکسترود شیشه از پرینتر سه بعدی
اکسترود شیشه از پرینتر سه بعدی

یانیک لدیمی یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی گفت:

چاپ سه بعدی مواد اپتیکی راه را برای عصر جدید طراحی و ترکیب مواد به منظور تولید اجزاء و قطعات فوتونی و الیاف شیشه(فیبرها) در آینده هموار خواهد کرد. این روش جدید به طور بالقوه می‌تواند منجر به پیشرفت غیر منتظره‌ای در تولید کارآمد قطعات نوری مادون قرمز با هزینه‌ای کم گردد.

پرینت شیشه

شیشه‌های کالکوژناید در مقایسه با دیگر شیشه‌ها در دمای کمتری نرم می‌شوند. بر این اساس تیم تحقیقاتی حداکثر دمای اکسترود یک چاپگر سه بعدی تجاری شده را از 260 درجه سانتیگراد تا 330 درجه افزایش داد تا بتواند شیشه کالکوژناید را اکسترود و چاپ کند. آن‌ها فیلامنت‌های شیشه کالکوژناید را با ابعادی مشابه فیلامنت‌های پلاستیکی تجاری که به طور عموم در چاپگرهای سه بعدی FDM استفاده می‌شود، تولید کردند. در نهایت، این چاپگر برنامه‌ریزی و راه اندازی شد تا دو نمونه با اشکال و ابعاد پیچیده را ایجاد کند.

شیشه اکسترود شده با پرینتر سه بعدی
شیشه اکسترود شده با پرینتر سه بعدی

لدیمی گفت:

این رویکرد ما برای شیشه‌های کالکوژناید نرم بسیار مناسب است، اما روش‌های جایگزین دیگری نیز در حال بررسی هستند تا بتوانیم انواع دیگری از شیشه را چاپ کنیم. این امر می‌تواند تولید اجزای ساخته شده با چندین ماده را امکان‌پذیر سازد.  همچنین شیشه می‌تواند با پلیمرهایی با خواص هدایت الکتریکی و اپتیکی مشخصی ترکیب شده و تجهیزات چند عملکردی را به کمک چاپگرهای سه بعدی تولید کرد.

همچنین چاپ سه بعدی برای ساخت پریفرم‌های الیاف شیشه -تکه‌ای از شیشه که کشیده می‌شود تا الیاف شیشه به‌وجود آید– با هندسه‌ی پیچیده یا چندین ماده و یا ترکیبی از هر دو مفید خواهد بود. محققان می‌گویند زمانی که طراحی و تکنیک‌های ساخت به درستی صورت پذیرد، می‌توان از چاپگر سه بعدی برای تولید انبوه و ارزان قیمت اجزای شیشه‌ای مادون قرمز یا پریفرم‌های الیاف شیشه بهره برد.

لدیمی در ادامه گفت:

اجزای ساخته شده بر پایه‌ی کالکوژنایدها توسط پرینترهای سه بعدی در تصویربرداری حرارتی مادون قرمز در صنایع دفاع و تجهیزات امنیتی بسیار مفید و کاربردی خواهد بود، همچنین ساخت حسگرهای نظارت بر آلایندگی و سنسورهای زیست پزشکی که بر اساس تشخیص و ردیابی اثر شیمیایی مادون قرمز مولکول‌ها عمل می‌کنند، توسط این مواد و فناوری امکان پذیر شده است.

در حال حاضر محققان در حال تلاش برای بهبود طراحی چاپگر به منظور افزایش کارایی و توانایی ساخت افزودنی اجزاء و قطعات پیچیده از جنس شیشه‌های کالکوژناید هستند. آن‌ها همچنین می‌خواهند اکسترودرهایی جدیدی را به چاپگر اضافه کنند و بتوانند با مشارکت دادن پلیمرها در حین فرآیندهای چاپ، ساختارها و اجزایی با چندین ماده مختلف (Multi-Material component) را توسعه دهند.

منابع ماخوذه:

  • osa.org
  • Baudet, Y. Ledemi, P. Larochelle, S. Morency, Y. Messaddeq, “3D-printing of arsenic sulfide chalcogenide glasses,” Opt. Mater. Express 9, 5, 2307-2317 (2019).
  • DOI: doi.org/10.1364/OME.9.002307

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید